Wybrane zagadnienia bezpieczeństwa pożarowego mające wpływ na rynek izolacji

W przypadku palnych, powszechnie stosowanych izolacji termicznych, np. polistyrenu (EPS, XPS) czy poliuretanu (PUR, PIR), zwiększenie grubości oznacza zwiększenie gęstości obciążenia ogniowego, co związane jest z większą ilością materiałów palnych.

W przypadku nowszych rozwiązań materiałowych, np. aerożeli, powszechność stosowania ograniczona jest warunkami ekonomicznymi, ale cechy ogniowe również stanowią pewne ograniczenie (FOT. 1, FOT. 2).

W przypadku materiałów termoizolacyjnych klasyfikowanych jako niepalne (wełna mineralna), problemem jest chęć osiągnięcia jak najlepszych właściwości termoizolacyjnych, a więc jak najniższego współczynnika przewodzenia ciepła, który jest zazwyczaj gorszy niż dla styropianu czy poliuretanu, co wiąże się ze stosowaniem cieńszych włókien z niepalnych skał, ale jednocześnie większą powierzchnią pobocznicy, co przekłada się na większe zużycie żywicy i środków hydrofobowych stosowanych podczas produkcji mat i płyt z wełny mineralnej.

Doświadczenia Zakładu Badań Ogniowych wykazują, że zachowanie takiej wełny, np. w badaniach odporności ogniowej, znacząco odbiega od powszechnie panujących opinii.

Wymagania stawiane dachom

W przypadku konstrukcji dachów i przekryć dachowych, w szczególności na dachach płaskich o większej powierzchni, stawiane są wymagania z zakresu odporności ogniowej w zależności od klasy odporności pożarowej budynku (TABELA 1) oraz rozprzestrzeniania ognia [1]. Oto najważniejsze przepisy z tego zakresu:

• elementy budynku związane z konstrukcją dachu lub jego przekryciem, odpowiednio do ich klasy odporności pożarowej, powinny spełniać co najmniej, z wyjątkami, wymagania określone w TABELI 1 (§ 216),
• elementy wymienione w TABELI 1 powinny nie rozprzestrzeniać ognia, przy czym w wybranych przypadkach dopuszcza się, żeby elementy dachu były słabo rozprzestrzeniające ogień, np. konstrukcja dachu i jego przekrycie w budynku niskim, produkcyjnym lub magazynowym (PM), o maksymalnym obciążeniu ogniowym 1000 MJ/m² (§ 216),
• przekrycie dachu budynku niższego, usytuowanego bliżej niż 8 m lub przyległego do ściany z otworami budynku wyższego, z wyjątkami, w pasie o szerokości 8 m od tej ściany powinno nie rozprzestrzeniać ognia oraz w pasie tym:
  - konstrukcja dachu powinna mieć klasę odporności ogniowej co najmniej R 30,
  - przekrycie dachu powinno mieć klasę odporności ogniowej co najmniej RE 30 (§ 218),
• przekrycie dachu o powierzchni większej niż 1000 m² powinno być nierozprzestrzeniające ognia, a palna izolacja cieplna przekrycia powinna być oddzielona od wnętrza budynku przegrodą o klasie odporności ogniowej nie niższej niż RE 15 (§ 219).

Ponadto rozporządzenie [1] przewiduje szereg wymagań uzależnionych od rodzaju przekrycia dachu, wśród których możemy wymienić m.in.:

• dopuszcza się stosowanie klap dymowych z materiałów łatwo zapalnych w dachach i stropodachach (§ 216),
• w budynkach ZL III, ZL IV i ZL V poddasze użytkowe przeznaczone na cele mieszkalne lub biurowe powinno być oddzielone od palnej konstrukcji i palnego przekrycia dachu przegrodami o klasie odporności ogniowej: w budynku niskim - EI 30, w budynku średniowysokim i wysokim - EI 60 (§ 219),
• w budynku z przekryciem dachu rozprzestrzeniającym ogień ściany oddzielenia przeciwpożarowego należy wyprowadzić ponad pokrycie dachu na wysokość co najmniej 0,3 m lub zastosować wzdłuż ściany pas z materiału niepalnego o szerokości co najmniej 1 m i klasie odporności ogniowej EI 60, bezpośrednio pod pokryciem; przekrycie na tej szerokości powinno być nierozprzestrzeniające ognia (§ 235),
• jeżeli jedna ze ścian zewnętrznych usytuowana od strony sąsiedniego budynku lub przekrycie dachu jednego z budynków są rozprzestrzeniające ogień, wówczas odległość między zewnętrznymi ścianami budynków niebędącymi ścianami oddzielenia przeciwpożarowego należy zwiększyć o 50%, a jeżeli dotyczy to obu ścian zewnętrznych lub przekrycia dachu obu budynków - o 100% (§ 271),
• najmniejszą odległość budynków ZL, PM, IN od granicy lasu należy przyjmować tak jak odległość ścian tych budynków od ściany budynku ZL z przekryciem dachu rozprzestrzeniającym ogień (§ 271),
• jednokondygnacyjny, nadziemny garaż otwarty, mający formę zadaszenia miejsc postojowych z odkryty-mi drogami manewrowymi powinien mieć elementy konstrukcji i przekrycia dachu niekapiące pod wpływem wysokiej temperatury (§ 274),
• ściana oddzielenia przeciwpożarowego w budynku tymczasowym przeznaczonym na stały pobyt ludzi powinna być wysunięta co najmniej o 0,6 m poza lico ścian zewnętrznych i ponad palne pokrycie dachu (§ 286),
• budynek tymczasowy może być przeznaczony na cele widowiskowe lub inne zgromadzenia ludzi, jeżeli dach lub stropodach mają przekrycie co najmniej trudno zapalne (§ 287).

Występujące w przepisach ogólnych określenia, np. nierozprzestrzeniające ogień, łatwo zapalne, niekapiące itp., znajdują swoje odniesienie w normach, np. PN-EN 13501-1:2008 A1:2010 [2], PN-ENV 1187:2004 A1:2007 [3] i Instrukcji ITB 401/2004 [4] oraz zostały wyjaśnione w załączniku nr 3 do rozporządzenia [1], co zostało dodatkowo zapisane w § 208a tegoż rozporządzenia:

"Określeniom użytym w rozporządzeniu: niepalny, niezapalny, trudno zapalny, łatwo zapalny, niekapiący, samogasnący, intensywnie dymiący odpowiadają klasy reakcji na ogień zgodnie z załącznikiem nr 3 do rozporządzenia". (TAB. 2)

Norma PN-ENV 1187:2004 [3] przewiduje 4 typy badań oddziaływania ognia zewnętrznego na dachy, co odpowiada metodom wykorzystywanym do oceny w różnych krajach europejskich:

• badanie 1 - z płonącymi żagwiami;
• badanie 2 - z płonącymi żagwiami i wiatrem;
• badanie 3 - z płonącymi żagwiami, wiatrem i dodatkowo promieniowaniem cieplnym;
• badanie 4 - dwuetapowa metoda, łącząca w sobie badanie z płonącymi żagwiami, wiatrem i dodatkowo z promieniowaniem cieplnym.

W polskich przepisach [1] wymagane jest badanie według metody 1, stąd też występujące oznaczenie (t1). Metoda przewiduje, w zależności od deklarowanego nachylenia dachu, dwa badawcze nachylenia połaci dachowej.

Przy deklaracji nachylenia dachu do 20°, próbkę bada się przy nachyleniu 15°, w przypadku przewidzianego nachylenia dachu powyżej 20°, próbkę bada się pod nachyleniem 45°. (FOT. 3, FOT. 4, FOT. 5 i FOT. 6)

Nierozprzestrzeniającym ognia przekryciom dachów odpowiadają rozwiązania:

• klasy BROOF (t1) badane zgodnie z Polską Normą PN-ENV 1187, badanie 1 [3] (TAB.3).
• klasy BROOF, uznane za spełniające wymagania w zakresie odporności wyrobów na działanie ognia zewnętrznego, bez potrzeby przeprowadzenia badań, których wykazy zawarte są w decyzjach Komisji Europejskiej publikowanych w Dzienniku Urzędowym Unii Europejskiej.

W przypadku właściwości ogniowych dachów i ich pokryć narażonych na działanie ognia zewnętrznego istotne są również postanowienia specyfikacji technicznej CEN/TS 16459 [5] rozszerzającej zakres stosowania wyników badań według normy [3].

Wśród wielu zamieszczonych zapisów, z krajowego punktu widzenia najistotniejsze wydaje się wymaganie stawiane wełnie mineralnej stosowanej do ocieplenia dachu, której wytrzymałość na ściskanie musi być wyższa niż 60 kPa. Konsekwencją tego zapisu prawdopodobnie będzie zakończenie wydawania klasyfikacji ogniowych dla dachów, w których stosowano wełny o niższej wytrzymałości na ściskanie, np. 40-50 kPa.

Od wielu lat przepisy europejskie, w przeciwieństwie do polskiej rzeczywistości, wymagały spełnienia tego kryterium, stąd bardzo często europejskie raporty z badań dotyczą przekryć dachowych, w których wytrzymałość na ściskanie wełny mineralnej wynosiła 70 kPa. Prowadzone w Zakładzie Badań Ogniowych ITB rozmowy w ramach EGOLF (ang. European Group of Organisations for Fire Testing, Inspection and Certification) potwierdzają te ustalenia.

Należy dodatkowo zauważyć, że w Polsce od wielu lat istnieją opracowania na temat charakteru warunków technicznych wykonania i odbioru robót budowlanych, m.in. wydawanych przez ITB, w których wymaga się, aby naprężenie ściskające przy 10% odkształceniu dla twardych płyt z wełny mineralnej, stanowiących podłoże pod papowe lub inne elastyczne pokrycie, w przypadku jednorodnych płyt z wełny mineralnej lub górnej warstwy wyrobów wielowarstwowych wykonanych z tego materiału, powinno być równe lub większe niż 60 kPa, zaś obciążenie punktowe powinno być równe lub większe niż 500 N przy deformacji 5 mm.

Niestosowanie tego wymagania prowadzi do wielu awarii dachów z nieodpowiednią wełną mineralną, która na skutek chodzenia po dachu uległa trwałemu odkształceniu, tworząc na powierzchni dachu wgłębienia i w konsekwencji zastoiny wody.

Jednym z wielu przykładów zastosowania wełny mineralnej o niewłaściwych parametrach może stanowić pokrycie dachu szkoły podstawowej, dla którego przeprowadzono pomiary oznaczenia gęstości pozornej i naprężenia przy 10% odkształceniu (TABELA 4) i pomiary oznaczenia obciążenia punktowego przy deformacji 5 mm (TABELA 5).

Konsekwencje jej eksploatacji to trwałe deformacje połaci dachowej oraz zastoiska wodne tworzace się każdorazowo po opadach deszczu (FOT. 7 i FOT. 8).

Od wielu lat producenci wełny mineralnej przekonują inwestorów, że stosowanie wełny mineralnej o wytrzymałości na ściskanie niższej niż 60 kPa przy 10% odkształceniu do ocieplenia dachów płaskich jest wystarczające.

Z technicznego punktu widzenia jest to błędne założenie, ponieważ wyklucza lub bardzo utrudnia jakiekolwiek użytkowanie czy konserwację takiego dachu i urządzeń znajdujących się na nim, bez poniesienia konsekwencji przedstawionych na FOT. 7 i FOT. 8.

Z ekonomicznego punktu widzenia niższa wytrzymałość oznacza więcej "powietrza" w płycie z wełny mineralnej, a więc i możliwość konkurowania z innymi izolacjami w niższej cenie.

Inwestor stawiający np. halę stara się, aby był to budynek jak najbardziej bezobsługowy i żeby koszty jego utrzymania były jak najniższe, dlatego należy, jeżeli jest taka możliwość, poprzez podwyższenie wymagań z zakresu wytrzymałości na ściskanie dla niepalnej wełny mineralnej ograniczyć mu w przyszłości kłopotów opisanych powyżej.

Rozprzestrzenianie ognia przez dachy związane jest z konkretnym układem warstw, dlatego też palne izolacje termiczne w odpowiedniej kompozycji z innymi warstwami bez problemu potrafią spełnić wymagania normowe. W przypadku niepalnej wełny mineralnej teoretycznie tym słabszym elementem jest palne pokrycie dachowe, np. bitumiczne.

Bywają jednak sytuacje, kiedy nawet niepalna wełna mineralna, która ma zazwyczaj masę powierzchniową większą niż inne materiały termoizolacyjne przy tej samej grubości, może się przyczynić do zwiększenia uszkodzeń podczas pożaru (FOT. 9, FOT. 10), dlatego też w przypadku rozpatrywania bezpieczeństwa pożarowego dachów należy podchodzić do zagadnienia wielowątkowo, stosując wiernie jedynie doświadczalnie sprawdzone rozwiązania, które są w stanie zapewnić oczekiwany poziom bezpieczeństwa.

Wymagania stawiane ścianom

W przypadku ścian wymagania z zakresu bezpieczeństwa pożarowego możemy, podobnie jak w przypadku dachów, podzielić na związane z odpornością ogniową (TABELA 6) i rozprzestrzenianiem ognia.

Zagadnienia związane z odpornością ogniową ścian, podobnie jak w przypadku elementów poziomych, są bardzo precyzyjnie i w zasadzie jednoznacznie opisane w rozporządzeniu [1]. Nieco więcej kontrowersji budzi rozprzestrzenianie ognia przez ściany, co związane jest m.in. z odwołaniem w załączniku do nieaktualnej już normy badawczej. Znanych jest wiele przykładów rozprzestrzeniania się ognia po elewacjach na świecie (FOT. 11 i FOT. 12).

W Polsce przepisy mamy na tyle dobrze skonstruowane, że aż tak spektakularne pożary elewacji nie występują, niemniej w szczególności w przypadku niewłaściwie zrealizowanych systemów ocieplenia ETICS, w których izolację termiczną wykonano z materiału palnego, np. pożar dworu w Soplicowie, pożar budynku wysokiego w Gliwicach (FOT. 13 i FOT. 14) takie zdarzenia mogą wystąpić.

Wraz ze wzrostem wymagań związanych z izolacyjnością ścian, znacząco wzrosła grubość warstwy termoizolacyjnej, która w zasadzie bez względu na rodzaj zastosowanego materiału termoizolacyjnego często osiąga 25 i więcej centymetrów (FOT. 15 i FOT. 16).

Odmiennym problemem jest wykonanie elewacji wentylowanych z różnego rodzaju kompozytów (FOT. 17 i FOT. 18)

Doświadczenia ITB wskazują, że bez wiarygodnych badań nie da się określić właściwości ogniowych takich płyt, a rozpoznanie na budowie jest w zasadzie niemożliwe.

Wiele tych produktów jest sprowadzanych na Polski rynek z Chin lub Turcji i bardzo często producenci są niezwykle zdziwieni, kiedy ich produkt nie przechodzi badań, podczas gdy na innych rynkach jest sprzedawany bez żadnych problemów. Odróżnienie jednakowo wyglądających, a różniących się jedynie zawartością antypirenów rdzeni kompozytowych okładzin elewacyjnych jest w zasadzie niemożliwe.

Jak już wcześniej wspomniano, nowelizacja w 2013 r. normy [6], która pierwotnie ukazała się w 1990 r., przez normę [7] wprowadza zamieszanie.

Z jednej strony norma [6] wpisana jest do załącznika rozporządzenia [1], z drugiej strony została zastąpiona przez nowe wydanie normy (patrz spis aktualnych norm: www.pkn.pl), dostosowujące w znacznej części, np. nomenklaturowej, zapisy normy do zapisów stosowanych w rozporządzeniu [1]. Oczekiwana nowelizacja załącznika rozporządzenia [1] powinna zastąpić wycofaną normę nowym wydaniem, co ujednoliciłoby przepisy z tego zakresu, biorąc pod uwagę w szczególności zapis zawarty w § 208 [1]:

"dla których wymagania (…) przy działaniu ognia od zewnątrz budynku określa się zgodnie z Polską Normą dotyczącą metody badania stopnia rozprzestrzeniania ognia przez ściany".

Podstawowe różnice między nieaktualną normą PN-90/B­ 02867+Az1:2001 [6] a jej znowelizowanym wydaniem PN-B­ 02867:2013-6 [7] dotyczą m.in. sposobu przygotowania próbek, procedury badawczej oraz, co jest najistotniejsze, kryteriów klasyfikacji, gdyż to właśnie ten punkt powoduje, że występują czasami istotne różnice pomiędzy oceną według starej i nowej normy.

Sposób przygotowania próbek został uszczegółowiony i obecnie wymaga się, żeby próbki były sezonowane w temperaturze od 10°C do 30°C przez okres co najmniej dwóch tygodni, wraz z udokumentowaniem warunków, tj. wykresami temperatury z okresu sezonowania.

W poprzedniej wersji normy nie było to unormowane, co powodowało wiele anomalii podczas badania, szczególnie w okresie jesienno-zimowym. Wymiary próbek i umiejscowienie termoelementów nie uległo zmianie (FOT. 19, FOT. 20, FOT. 21, FOT. 22, FOT. 23 oraz FOT. 24), chociaż nowa norma zezwala na stosowanie dodatkowych termoelementów informacyjnych wewnątrz próbek, bez wpływu na klasyfikację (TABELA 7).

Warunki badania również uległy zmianie. Przede wszystkim wprowadzono wymaganie przeprowadzania badania w pomieszczeniu o kubaturze nie mniejszej niż 750 m³ i wysokości nie mniejszej niż 5 m oraz temperaturze od 10°C do 30°C.

W poprzedniej wersji normy należało badać przy braku opadów atmosferycznych i w podobnych warunkach termicznych 20°C ± 10°C. Zmianie uległo również źródło zapalenia stosu drewna. Obecnie jest to 0,2 l heptanu lub bezwodny alkohol etylowy. Znowelizowana norma wprowadziła podkłady do badań: standardowe z płyt gipsowo-kartonowych według PN-EN 13238 oraz podkłady z cegły ceramicznej grubości co najmniej 6,5 cm, które są najczęściej w stosowane praktyce.

Zasady klasyfikacji wyników badań zostały częściowo zmienione i uściślone.

Największa zmiana dotyczy likwidacji zapisu, który znajdował się w poprzedniej wersji normy: "Nie dopuszcza się spalania po czasie badania".

Brak tego zapisu powoduje, że wiele układów ściennych, przede wszystkim z palnymi warstwami, w tym ociepleniowymi, które według wycofanej normy [6] nie spełniało jej kryteriów, w chwili obecnej je spełnia. Z doświadczenia badawczego ITB wynika, że dotyczy to w szczególności rozwiązań z wypełnieniem z polietylenu oraz w mniejszym stopniu z PU lub styropianu.

Nowa norma wprowadza oficjalnie określenia przywołane w rozporządzeniu [1]:

• NRO - ściany nierozprzestrzeniające ognia,
• SRO - ściany słabo rozprzestrzeniające ogień,
• SIRO - ściany silnie rozprzestrzeniające ogień.

Kryteria klasyfikacji według znowelizowanej normy [7] przedstawiono w TABELI 8.

Jednocześnie nowa norma [7] wprowadza podział i zasady ustalania zakresu klasyfikacji ścian zewnętrznych w następujących grupach:

• ze złożonymi systemami izolacji cieplnej ETICS (załącznik B),
• z okładzinami zewnętrznymi (załącznik C),
• dla płyt warstwowych (załącznik D).

Przedstawiony problem stanowi pole do różnej interpretacji przepisów przez producentów izolacji termicznych, przy czym każda ze stron jest w stanie przedstawić racjonalne argumenty potwierdzające ich stanowisko.

Biorąc pod uwagę pewną inercję w nowelizacji rozporządzenia [1] i dostosowania zamieszczonych tam zapisów dotyczących norm, wydaje się zasadne uregulowanie systemowe tej kwestii, np. wprowadzając zapis: aktualną wersję normy przywołaną przez PKN. W tym wypadku nie byłby potrzebny okres przejściowy z uwagi na istnienie takiego mechanizmu przy pracy, a potem wprowadzania norm.

Podsumowanie

Omówione w artykule przypadki to tylko niewielki fragment zmian i niejednoznaczności z zakresu bezpieczeństwa pożarowego elementów z izolacjami termicznymi.

W przypadku dachów wiele kontrowersji budzą kliny spadkowe, attyki czy podstawy świetlików.

Natomiast w przypadku znowelizowanej normy wyrobu na płyty warstwowe (PN-EN 14509:2013-12 [8]) nadinterpretacja zapisów jej poprzedniczki, bez uwzględniania zapisów norm badawczych, co szczególnie było wykorzystywane przez producentów płyt z rdzeniem PUR, którzy obecnie nie są w stanie spełnić uszczegółowionych zapisów normy [8], czy w końcu przypadek rozprzestrzeniania ognia przez ściany zewnętrzne i ciągle nierozwiązany problem elementów poziomych.

Ten ostatni przypadek stanowi duży problem dla przedstawicieli pionu kontrolno-rozpoznawczego PSP, którzy na co dzień spotykają się z poglądem prezentowanym przez część wykonawców oraz projektantów, że system elewacyjny posiadający NRO może być stosowany bezwarunkowo w obrębie wszystkich elementów zewnętrznych (z wyjątkiem przypadków szczególnych, np. ściana oddzielenia przeciwpożarowego), co budzi ich wątpliwości, gdyż wymieniona w tytule normy [7] metoda badania jednoznacznie wskazuje zwrot "ściana", co powszechnie oznacza, że badany element, poddawany działaniu ognia, usytuowany jest w płaszczyźnie pionowej.

Uwagi PSP biorą się z ich doświadczenia oraz charakteru zachowania ognia, wszak różny jest mechanizm działania ognia na element poziomy od spodu i pionowy.

Co prawda liniowa prędkość rozprzestrzeniania się ognia po elemencie poziomym jest znacznie niższa niż po pionowym, jednak z drugiej strony, proces oddziaływania ognia na element poziomy od spodu niesie za sobą dużo większe ryzyko (przede wszystkim konwekcja i promieniowanie) zniszczenia zewnętrznej powłoki tynkarskiej systemu ETICS i penetrację ognia w warstwę palnej izolacji termicznej, w tym jego zapalenie, niż na element pionowy, gdzie mamy do czynienia przede wszystkim z promieniowaniem.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, z późniejszymi zmianami (DzU z 2002 r., nr 75, poz. 690).
2. PN-EN 13501-1:2008 A1:2010, "Klasyfikacja ogniowa wyrobów budowlanych i elementów budynków. Część 1: Klasyfikacja na podstawie wyników badań reakcji na ogień".
3. PN-ENV 1187:2004 A1:2007, "Metody badań oddziaływania ognia zewnętrznego na dachy".
4. Instrukcja ITB 401/2004, "Przyporządkowanie określeniom występującym w przepisach techniczno-budowlanych klas reakcji na ogień według PN-EN".
5. External fire exposure of roofs and roof coverings - Extended application of test results from CEN/TS 1187, December 2013.
6. PN-90/B-02867+Az1:2001, "Ochrona przeciwpożarowa budynków. Metoda badania stopnia rozprzestrzeniania ognia przez ściany".
7. PN-B-02867:2013-6, "Ochrona przeciwpożarowa budynków. Metoda badania stopnia rozprzestrzeniania ognia przez ściany zewnętrzne od strony zewnętrznej oraz zasady klasyfikacji".
8. PN-EN 14509:2013-12 - wersja angielska, "Samonośne izolacyjno-konstrukcyjne płyty warstwowe z dwustronną okładziną metalową. Wyroby fabryczne. Specyfikacje".

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!